付 鵬

(江西省宜春市水利水電工程監(jiān)理有限公司，江西 宜春 336000)

1 工程概況

擬新建的何家排澇閘站位于袁河南聯(lián)圩(珠珊鵬湖段)，新建袁河南聯(lián)圩(珠珊鵬湖段)后，當(dāng)外河水位高，自排涵閘關(guān)閘防洪時澇水無法自排，從而將導(dǎo)致嚴(yán)重的內(nèi)澇損失。

根據(jù)實(shí)際情況，新建的何家排澇站布置在袁河南聯(lián)圩樁號15+475處，主要建筑物包括進(jìn)水閘、泵房、壓力水箱、穿堤箱涵、防洪閘、泄槽段、消力池及出口海漫。采用閘站分開建設(shè)，自排閘位于泵站下游，枯水期通過自排閘自流排水，洪水期外河水位比內(nèi)河水位高時，關(guān)閉自排防洪閘，啟動泵站抽排內(nèi)河水至外河。

2 機(jī)電設(shè)備選型

2.1 泵站設(shè)計(jì)參數(shù)

何家排澇站主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 何家排澇站主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 水泵機(jī)組選型

根據(jù)泵站的揚(yáng)程、流量情況，適合采用的泵型有立式軸流泵、潛水軸流泵和潛水貫流泵?？紤]本地區(qū)周邊泵站機(jī)型，同時為了方便管理和維護(hù)，泵站選定采用立式軸流泵方案。

2.3 方案比選

何家排澇站年利用小時數(shù)較低，故不設(shè)備用機(jī)組。根據(jù)泵站流量情況并結(jié)合軸流泵廠家樣本，排澇站分別對裝機(jī)2 臺機(jī)組、3 臺機(jī)組兩個方案進(jìn)行比較[1]，各方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)詳見表2。

從表2中可看出：方案二機(jī)組臺數(shù)增加1 臺，機(jī)電設(shè)備投資增加10 萬元，且增加了運(yùn)維工作量；方案二盡管機(jī)組尺寸較小，但受地形限制，泵房開挖高程與方案一一樣，僅回填略少，土建投資仍增加25 萬元；方案二總投資比方案一增加35 萬元?？梢姺桨敢坏木C合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更為優(yōu)越，因此，本階段何家排澇站推薦采用方案一。何家排澇站機(jī)組選型情況詳見表3。

表2 何家排澇站不同臺數(shù)機(jī)組技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

表3 何家排澇站機(jī)組選型

3 排澇閘站布置

3.1 排澇站布置

何家排澇站包括進(jìn)水閘、泵房、壓力水箱、穿堤箱涵、防洪閘、泄槽段、消力池及出口海漫等組成[2]。

進(jìn)水閘共2孔，平面尺寸為7.20 m ×6.15 m(寬×長)，分別設(shè)置2套攔污柵和1套檢修閘門，攔污柵和檢修閘門之間設(shè)檢修平臺，檢修平臺高程43.40 m。攔污柵柵高設(shè)計(jì)為4.8 m，攔污柵的運(yùn)行方式為靜水啟閉，啟閉設(shè)備為電動葫蘆，型號為MD-50-9D，容量50 kN，共1臺，2孔共用。為便于泵組檢修，攔污柵后設(shè)檢修閘門，檢修閘門高度為4.5 m，閘門共設(shè)1扇，閘門運(yùn)行方式為靜水啟閉，啟門時采用節(jié)間充水，動水提起上節(jié)，待充水平壓后再整節(jié)啟門。檢修閘門上方設(shè)置一臺10 t移動式電動葫蘆作為檢修閘門起吊設(shè)備，型號為MD-2×50-9D，雙吊點(diǎn)，共1套，2孔共用。

泵房布置有2臺水泵，單機(jī)容量110 kW，為溫室型墩墻結(jié)構(gòu)。主泵房平面尺寸為7.20 m×7.70 m(寬×長)，進(jìn)水閘與泵房基礎(chǔ)合建。主泵房內(nèi)一列式布置2臺700ZLB-125型軸流泵，配套電機(jī)型號為YX3-315L2-8型異步電動機(jī)，單機(jī)容量110 kW，機(jī)組中心距為3.0 m。水泵層高程為39.60 m，電機(jī)層高程為43.40 m，每臺水輪泵之間均采用鋼筋混凝土墻體隔開，相互獨(dú)立。泵站設(shè)有地面泵房，泵房排架柱內(nèi)凈寬為6.5 m，2臺機(jī)并排布置，機(jī)組中心距上游側(cè)排架柱內(nèi)側(cè)凈距為4.0 m，距下游排架柱凈距2.5 m，下游側(cè)為主通道。為了方便機(jī)組安裝、檢修，設(shè)一寬度為5.0 m的安裝場，與電機(jī)層同高、同寬。軸流泵采用喇叭口進(jìn)水方式，拍門出口接壓力水箱經(jīng)出水箱涵排至外河。泵房總寬度為12.2 m(含5 m的安裝場)，機(jī)組中心距3.0 m。1臺歐式箱變放置于泵房一側(cè)，5面低壓柜布置于主泵房內(nèi)。

壓力水箱為梯形結(jié)構(gòu)，順?biāo)较蜷L9.0 m，分為兩部分結(jié)構(gòu)。其中，前段緊接泵房，平面尺寸為7.2 m×3.0 m(寬×長)，與泵房基礎(chǔ)合建，下部為空箱結(jié)構(gòu)，下部底板高程37.37 m，上部為箱涵結(jié)構(gòu)，上部底板高程39.60 m，2孔，內(nèi)部尺寸為2.8 m×2.0 m(寬×高)，中墩厚度0.4 m；后段為壓力水箱漸變段，長6 m，凈寬由6 m漸變至2 m，底板高程39.60 m，位于中間頂部，設(shè)有進(jìn)人孔，孔口凈尺寸為1.4 m×0.8 m(長×寬)，進(jìn)人孔頂部設(shè)置密封的閥蓋。

壓力水箱后接穿堤箱涵，1孔，箱涵的孔口尺寸為2.0 m×2.0 m(寬×高)，壁厚0.4 m，箱涵底板高程39.60～39.30 m，箱涵縱向底坡i=1.25%，箱涵共3節(jié)，每節(jié)長8 m，共24 m。

穿堤箱涵后為防洪閘，長4.00 m，底板高程為39.30 m，閘墩頂高程42.60 m。防洪閘的外江側(cè)設(shè)1 扇2.0 m×2.0 m(寬×高)的平面滑動鋼閘門作為防洪兼事故檢修閘門。啟閉平臺高程為46.22 m，上設(shè)啟閉閘房。設(shè)有工作橋從啟閉平臺通向堤頂。

防洪閘出口設(shè)置泄槽段，水平長度7.6 m，采用“U”型鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，底板高程39.30～36.00 m，凈寬由2.0 m漸變至3.0 m，泄槽段底坡為1∶2，兩邊翼墻凈高1 m，翼墻厚0.5 m。

泄槽段后接消力池，為“U”型鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，底板高程36.00 m。消力池長5 m，凈寬3.0 m，池深0.5 m，兩邊翼墻凈高1 m，翼墻厚0.5 m。消力池外設(shè)出口海漫段，頂部平臺外延3 m，平臺高程36.00 m，水下采用拋石固腳結(jié)構(gòu)，坡比1∶2。

3.2 自排涵閘布置

何家自排涵閘由進(jìn)水口、穿堤箱涵、防洪閘、消力池及出口海漫等部分組成[3]。

進(jìn)水口采用正向進(jìn)水方式，底板高程36.30 m，長7.0 m，底板采用0.4 m厚C20混凝土襯護(hù)，下設(shè)0.10 m厚C20混凝土墊層。邊墻采用C20混凝土重力式擋墻結(jié)構(gòu)，墻頂寬0.5 m，背水側(cè)坡比1∶0.5，迎水側(cè)豎直，墻凈高2.0 m。墻頂以上采用聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡，表面播撒草籽，坡比1∶1.75，下設(shè)5 cm厚的砂卵石墊層找平和一層土工布(300 g/m2)，岸頂與現(xiàn)狀地面線齊平。

進(jìn)水口后接穿堤箱涵，1孔,箱涵孔口尺寸為2.5 m×2.5 m(寬×高)，壁厚0.55 m，箱涵底板高程36.30～36.00 m，箱涵縱向底坡i=0.5%，箱涵共6 節(jié)，1 節(jié)長7.1 m，5節(jié)長9.0 m，共計(jì)長52.1 m。

箱涵出口堤外坡設(shè)防洪閘，長4.00 m，底板高程為36.00 m，閘墩頂高程40.40 m。防洪閘的外江側(cè)設(shè)1 扇2.5 m×2.5 m(寬×高)的平面滑動鋼閘門作為防洪兼事故檢修閘門，閘門放在胸墻外江側(cè)，上設(shè)啟閉室，啟閉設(shè)備為25T手電兩用螺桿啟閉機(jī)，型號為QL-250SD。閘門啟閉平臺高程為46.22 m，上設(shè)啟閉閘房。設(shè)有工作橋從啟閉平臺通向堤頂。

防洪閘后接消力池，為“U”型鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，底板高程35.50 m。消力池長6 m，凈寬由2.5 m 漸變至4.0 m，池深0.5 m，兩邊翼墻凈高由2.5 m漸變至1.0 m，翼墻厚0.5 m。消力池外設(shè)出口海漫段，頂部平臺外延3 m，平臺高程36.00 m，水下采用拋石固腳結(jié)構(gòu)，坡比1∶2。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 水力計(jì)算

4.1.1 進(jìn)水閘過流能力計(jì)算

何家排澇站進(jìn)水閘底板采用抬高式設(shè)計(jì)，底板高程比上游河床高出1.1～2.0 m，進(jìn)水閘堰型屬無底坎寬頂堰，按高淹沒深度計(jì)算，何家排澇站進(jìn)水閘閘底板高程37.37 m。過流能力采用平底水閘堰流公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 進(jìn)水閘過閘流量計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，進(jìn)水閘過閘流量大于排澇站設(shè)計(jì)流量，在最低運(yùn)行水位時水泵全開情況下，過閘流速0.21～0.22 m/s，進(jìn)水閘設(shè)置滿足泵站運(yùn)行要求。

4.1.2 壓力穿堤箱涵過流能力計(jì)算

何家排澇站泵房出口接壓力水箱，在設(shè)計(jì)排澇流量下，穿堤箱涵為明渠流，未形成有壓流。因此，本次穿堤箱涵的過流采用明渠恒定均勻流計(jì)算箱涵的過流能力。經(jīng)計(jì)算，在各泵站設(shè)計(jì)排澇流量情況下，穿堤箱涵均為無壓明渠均勻流，何家排澇站對應(yīng)的排澇流量為3.11 m3/s，此時，箱涵內(nèi)水深為0.45 m。因此，本次設(shè)計(jì)的壓力穿堤箱涵過流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

4.1.3 自排涵洞過流能力計(jì)算

何家自排涵洞采用明渠恒定均勻流計(jì)算過流能力。經(jīng)計(jì)算，為使自排涵洞為無壓明渠均勻流，預(yù)留0.5 m的凈空高，計(jì)算水深為2.0 m時，何家自排涵洞最大過流流量為19.79 m3/s，大于設(shè)計(jì)排水流量(3.11 m3/s)。因此，本次設(shè)計(jì)的自排涵洞過流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

4.1.4 防洪閘過流能力計(jì)算

何家自排涵閘的出口防洪閘底板與箱涵底齊平，防洪閘堰型屬無底坎寬頂堰，按高淹沒深度計(jì)算，防洪閘閘底板高程36.00 m。過流能力采用平底水閘堰流公式進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，防洪閘過流能力為8.45 m3/s，大于設(shè)計(jì)流量，防洪閘的設(shè)計(jì)滿足澇區(qū)內(nèi)排水流量排水要求。

4.2 泵房抗滑穩(wěn)定計(jì)算

何家排澇站采用進(jìn)水閘及泵房基礎(chǔ)合建，基礎(chǔ)總長16.85 m，寬7.2 m，底板厚1.0 m，采用C25鋼筋混凝土整體澆筑，本次抗滑穩(wěn)定采用基礎(chǔ)底板上部整體計(jì)算抗滑穩(wěn)定。

(1)荷載組合。泵房穩(wěn)定計(jì)算工況基本組合分別考慮完建期和設(shè)計(jì)水位2種工況；特殊組合分別考慮最高水位和檢修工況2種工況[4]，荷載組合詳見表5。

表5 荷載組合

根據(jù)本工程實(shí)際情況，泵房基底抗滑穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算工況如下：

基本組合：正常運(yùn)行時，檢修閘門始終開啟，何家排澇站設(shè)計(jì)洪水位H設(shè)=41.50 m；

特殊組合：檢修工況(H上=41.50 m，H下=37.37 m)；最高水位工況(Hmax=43.10)；

(2)計(jì)算結(jié)果。根據(jù)地質(zhì)資料，何家排澇站泵房(閘室)基礎(chǔ)主要坐落于圓礫層上，上部采用碎石基礎(chǔ)換填，地質(zhì)條件較好，允許承載力240 kPa，澆筑混凝土之前需要進(jìn)行清基處理。混凝土與圓礫層之間基底摩擦系數(shù)f為0.5。何家排澇站泵房(閘室)穩(wěn)定計(jì)算成果見表6。

表6 泵房(閘室)基礎(chǔ)穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算成果表

計(jì)算結(jié)果表明，何家排澇站的泵房(閘室)抗滑、抗浮穩(wěn)定和地基承載力均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合何家排澇閘站工程，對其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析研究。從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面進(jìn)行泵站機(jī)組選型，確定泵站選擇2臺700ZLB-125型立式軸流泵；并經(jīng)過計(jì)算，確定排澇站采用濕室型墩墻結(jié)構(gòu)，結(jié)合進(jìn)水閘、壓力穿堤箱涵、防洪閘以及排澇站下游另建自排涵閘的工程總體布局滿足防洪、排澇安全要求。